[發(fā)明專利]一種低能耗機(jī)器人關(guān)節(jié)快速鎖定裝置及使用方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011265744.8
• 申請(qǐng)日: 2020-11-13
• 公開（公告）號(hào): CN112405621B
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳劍鋒;汪瑞恒;彭維鋒;楊平;韓坤城;馬鵬飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J19/00
• 分類號(hào): B25J19/00
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 蔣昱

一種低能耗機(jī)器人關(guān)節(jié)快速鎖定裝置，包括被鎖定的轉(zhuǎn)軸和鎖定機(jī)構(gòu)，該鎖定機(jī)構(gòu)包括控制器、中間為圓柱狀腔體的塑料骨架、繞在塑料骨架上的線圈及其驅(qū)動(dòng)電路、鎖定桿、彈簧、支架、鎖定腔殼、熱熔膠、溫度傳感器及其調(diào)理電路、兩個(gè)半導(dǎo)體制冷片及其驅(qū)動(dòng)電路，鎖定機(jī)構(gòu)用于鎖定轉(zhuǎn)軸。線圈均勻地繞在塑料骨架上，鎖定腔殼通過支架與塑料骨架固定連接，鎖定桿穿過塑料骨架、彈簧、鎖定腔殼，鎖定腔殼腔體內(nèi)剩余空間充滿熱熔膠，兩個(gè)半導(dǎo)體制冷片貼在鎖定腔殼的側(cè)面，溫度傳感器貼在半導(dǎo)體制冷片和鎖定腔殼之間。本裝置為無級(jí)鎖定裝置，可在任意位置將轉(zhuǎn)軸鎖定，且只有鎖定過程和解鎖過程需耗電，避免了維持鎖定狀態(tài)和解鎖狀態(tài)需要持續(xù)供電能量損耗。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)器人關(guān)節(jié)制動(dòng)器領(lǐng)域，特別涉及一種低能耗機(jī)器人關(guān)節(jié)快速鎖定裝置及使用方法。

背景技術(shù)

隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人在各行各業(yè)都有著廣泛的應(yīng)用，比如醫(yī)療、娛樂、軍事、航天等。而機(jī)器人在使用過程中常見的問題就是突然斷電，需要處理好斷電后機(jī)器人的狀態(tài)。例如用于高空作業(yè)的機(jī)器人，高空作業(yè)工作環(huán)境危險(xiǎn)系數(shù)高，難度大，目前有超過40％的人工高空作業(yè)已被機(jī)器人代替，此類機(jī)器人在應(yīng)急救援、安全巡檢、建筑施工、攀巖探險(xiǎn)等諸多高空環(huán)境下都有應(yīng)用。如果斷電后沒有相應(yīng)的處理方案，用于抓握固定的機(jī)械手沒有動(dòng)力，高空中的機(jī)器人可能會(huì)掉落。在失電后快速保持機(jī)器人的姿態(tài)，能夠保障機(jī)器人的安全，避免機(jī)器人的損壞。工業(yè)制造過程重復(fù)性高，工作強(qiáng)度大，現(xiàn)有的工業(yè)制造大部分已經(jīng)實(shí)現(xiàn)機(jī)器化，近年全球范圍工業(yè)機(jī)器人銷量保持著16％以上的增長(zhǎng)率。部分工業(yè)機(jī)器人偏向于笨重，失電后快速保持工業(yè)機(jī)器人的姿態(tài)，將能防止出現(xiàn)事故和嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

現(xiàn)有的制動(dòng)方案，有機(jī)械制動(dòng)器方案、電磁制動(dòng)器方案、新型材料方案、新型結(jié)構(gòu)制動(dòng)方案等。機(jī)械制動(dòng)器利用與機(jī)器人關(guān)節(jié)處相連的非旋轉(zhuǎn)原件和與傳動(dòng)軸相連的旋轉(zhuǎn)原件之間的相互摩擦來阻止傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)，具有操作方便、靈活、成本普遍較低的優(yōu)點(diǎn)。但由于采用摩擦方式制動(dòng)，大多數(shù)機(jī)械制動(dòng)器部件用久會(huì)出現(xiàn)磨損、銹蝕、卡阻等現(xiàn)象，降低穩(wěn)定性和安全性。電磁制動(dòng)器主要通過可變電阻控制電流從而來改變制動(dòng)力矩的大小或調(diào)節(jié)制動(dòng)器的開合，產(chǎn)生電磁阻尼力，使制動(dòng)器依需要而提供制動(dòng)。這種方法不依靠摩擦力，適合長(zhǎng)時(shí)間制動(dòng)，不易造成機(jī)械零件過熱或性能衰退，具有操作簡(jiǎn)單、響應(yīng)靈敏、壽命長(zhǎng)久等優(yōu)點(diǎn)。但其需要有專門的電源進(jìn)行控制，且制動(dòng)部件易損。新型材料方案如電活性聚合物(DEAP)，當(dāng)輸入不同的激勵(lì)電壓，DEAP薄膜會(huì)產(chǎn)生不同的應(yīng)變。可設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)，當(dāng)機(jī)器通電時(shí)DEAP產(chǎn)生形變，不阻礙關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)；當(dāng)失電時(shí)，DEAP形變復(fù)原，產(chǎn)生機(jī)械制動(dòng)。這種方法形變保持性能好且無能量損耗，具有大應(yīng)變、高能量密度、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。但新型材料不太容易購(gòu)置，且不容易進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。新型結(jié)構(gòu)制動(dòng)方案主要依靠新型自鎖原理或者仿生原理，利用特殊機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行制動(dòng)。這種方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、承載能力強(qiáng)，但自鎖制動(dòng)局限于整體，不能應(yīng)用在關(guān)節(jié)。現(xiàn)有的制動(dòng)方案，不僅在鎖定的過程中和解鎖的過程中需要耗電，在機(jī)器人處于正常工作或鎖定狀態(tài)時(shí)也需要持續(xù)耗電，會(huì)造成不必要的電量消耗。

發(fā)明內(nèi)容